JPWO2011033891A1 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

小型化を図りコストを抑えつつも、異なる３種類の光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置を提供するために、回折素子ＤＥを光検出器ＰＤに接近させるように変位させると、回折素子ＤＥを通過した第２光束と第３光束の０次回折光の収束角は変わらないのに対し、第１光束の−１次回折光は、収束角が増大し受光部１２Ｒに適切なスポットサイズで入射するようになる。即ち、回折素子ＤＥを光検出器ＰＤに対して相対的に光軸方向に変位することで、全ての光束をそれぞれ受光部に適切に集光することができる。

Description

本発明は、異なる種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置に関する。

近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２５ＧＢの情報の記録が可能である。

ところで、かかるタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダ（光情報記録再生装置）の製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。

高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを情報を記録／再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替える方法が考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、またコストが増大する。

従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物光学素子をなるべく共通化することが光ピックアップ装置の構成の小型化・低コスト化に最も有利となる。

特許文献１、２には、小型化・低コスト化を図るため、互いに異なる３つの波長の光束を出射できる半導体レーザを１パッケージに収容した光源及び共通の光検出器を用いて、高密度光ディスクと従来のＤＶＤ及びＣＤに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置が記載されている。

特開２００５−３２７４０３号公報 特開２００６−９９９４１号公報 特開２００６−２６９９８７号公報

ところで、３つの半導体レーザを１パッケージに収めた光源を用いれば、光学系の共通化を図ることが出来、光ピックアップ装置のコンパクト化・低コスト化を図ることができる。しかしながら、３つの半導体レーザを１パッケージに収めた光源を用いる場合、以下に述べるような問題がある。

特許文献３には、３つの半導体レーザを１パッケージに収めた光源が開示されている。特許文献３によれば、４０５ｎｍ前後の光束を出射するいわゆる青紫色半導体レーザは、ＧａＮ基板に形成されるが、６５５ｎｍ前後の光束を出射するいわゆる赤色半導体レーザと、７８５ｎｍ前後の光束を出射するいわゆる赤外半導体レーザとは、ＧａＡｓ基板に形成されている。ここで、同一基板上に異なる半導体レーザを形成する場合（モノリシック構造という）、比較的容易に発光点の光軸方向の位置決めを精度良く行うことができる。

このような構成の３波長レーザ１パッケージの光源では、モノリシック構造の２波長レーザ素子の光軸方向の位置決めは精度よく行えるのに対し、残りの１波長レーザ素子は他の２波長チップとは異なるチップ上に設けられるため、残りの１波長レーザ素子の光軸方向位置を他の２波長レーザ素子の光軸方向位置に対して精度よく設けることが困難となる。

特にモノリシック構造でない１波長の光源の位置が残りの光源に較べて光軸方向に差異が生じると、受光部において、モノリシック構造でない１波長の光束の集光位置が光軸方向に関して他の波長の光束の集光位置と異なることになる。この結果、複数の受光部が一体化された光検出器を用いる場合には、１つの光源からの出射光に対しては光ディスクに対物レンズ出射光が結像したとき、光ディスクからの反射光が受光部上で適切に集光させるよう調整することはできても、３つの波長の光束すべてを、焦点誤差を検出するための受光面上に同様に集光させることができなくなる。従って、ある波長の光に対しては、受光部において良好な集光状態となり適切な焦点検出信号が得られるものの、他の波長の光束に対しては、他の受光部において所定より大きなサイズの集光スポットとなり適切な光ディスク再生信号が得られなくなったり、焦点誤差検出信号用の受光部において所定とは異なる形状サイズの集光スポットとなることで焦点検出信号にオフセットが発生するといった問題が生じることになる。

本発明は、上述の問題を考慮したものであり、小型化を図りコストを抑えつつも、異なる３種類の光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１の第１光束を出射する第１発光部と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２発光部と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３発光部とがユニット化された光源と、対物レンズと、光検出器とを有し、前記第１発光部からの光束を、前記対物レンズにより第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２発光部からの光束を、前記対物レンズにより第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３発光部からの光束を、前記対物レンズにより第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、
前記光源は、前記第１発光部が、前記第２発光部及び前記第３発光部に対して光軸方向に位置をずらせて配置され、
前記光検出器は、第１受光部と、第２受光部と、第３受光部とを有し、
前記光源と前記光検出器との間の光路内に、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子が配置されており、
前記回折素子は回折構造を有し、前記回折構造の回折作用により、前記第１光束が入射したときには発散角又は収束角を変更した前記第１光束が前記第１受光部に導かれ、前記第２光束及び前記第３光束が入射したときには発散角又は収束角を変更しない前記第２光束および前記第３光束が前記第２受光部および前記第３受光部にそれぞれ導かれることを特徴とする。

本明細書で、焦点誤差を検出するための受光部（面）とあるのは、焦点誤差検出やトラッキング誤差検出以外の機能、たとえば光ディスクに記録されたマークの読み取り機能を合わせて持っていてもよいということはもちろんのことである。又、「受光部に導かれる」とは、例えば対物レンズの駆動制御やピット情報検出が可能な信号を出力できるように導かれることを意味する。

本発明の原理を説明する。図１において、平行平板である回折素子ＤＥの表面には、輪帯状の回折構造が形成されているものとする。かかる回折構造は、波長λ２の第２光束と波長λ３の第３光束を通過させたとき、発散角又は収束角を変化させないが、波長λ１の第１光束は、発散角又は収束角を変化させる回折作用を発揮するようになっている。このような回折作用としては、例えば第１光束が入射したときは−Ｎ（Ｎは自然数）次回折光を発生させ、第２光束及び第３光束が入射したときはそれぞれ０次回折光を発生させるものがあるが、これに限られない。この例では、第１光束〜第３光束は、全て収束光の状態で回折素子ＤＥに入射し、第１光束の−Ｎ次回折光は、更に収束角を減少して光検出器ＰＤの第１受光部１２Ｒに入射し、第２光束及び第３光束の０次回折光は、それぞれ光検出器ＰＤの第２受光部２２Ｒ及び第３受光部３２Ｒに入射するようになっているものとする。

例えば、ユニット化された光源ＬＤＰにおける第２発光部ＬＤ２と第３発光部ＬＤ３が同一のチップ（モノリシックチップ）ＣＰ２上に形成され、第１発光部ＬＤ１が、第２発光部ＬＤ２及び第３発光部ＬＤ３とは異なるチップ（ハイブリッドチップ）ＣＰ１上に形成されている場合、チップＣＰ１，ＣＰ２が別体であるため、製造誤差により第１発光部ＬＤ１が、第２発光部ＬＤ２及び第３発光部ＬＤ３に対して光軸方向に距離Δだけシフトしている可能性が高い。このような光軸方向のシフト、例えば図１に示すように、第１発光部ＬＤ１が、第２発光部ＬＤ２及び第３発光部ＬＤ３よりも対物レンズまでの距離が大きい場合、回折素子がないとすると、光ディスクＤＶＤ及びＣＤから反射された第２光束及び第３光束を、光束分離素子ＰＢＳで分離してセンサレンズＳＮを介して光検出器ＰＤの第２受光部２２Ｒ及び第３受光部３２Ｒに適切なスポットサイズで入射させることができる状態のとき、光ディスクＢＤから反射された第１光束は、光束分離素子ＰＢＳで分離してセンサレンズＳＮを介して光検出器ＰＤの第１受光部１２Ｒより遠方において集光することとなり、かかる場合第１受光部１２Ｒ上でスポットサイズが大きくなり過ぎ、適正な読み取り信号を得ることができない（第１発光部ＬＤ１が第２発光部ＬＤ２及び第３発光部ＬＤ３よりも対物レンズＯＢＪから遠く、対物レンズＯＢＪがＢＤに対し合焦している場合）。これに対し、光源ＬＤＰと光検出器ＰＤとの間の光路内に、回折素子ＤＥを挿入し、その回折構造の回折作用を利用して第１光束の収束角を減少させた−Ｎ次回折光を発生させ、更に回折素子ＤＥを光軸方向の適切な位置に変位させることで、かかる−Ｎ次回折光を第１受光部１２Ｒに入射させて、適切なスポットサイズ（図１（ｂ）に示す第１受光部１２Ｒ上の実線円→点線円）とすることができ、これによりいずれの受光部１２Ｒ〜３２Ｒにおいても適切な信号を発生させることができる。回折素子ＤＥを光検出器ＰＤに対して光軸方向に変位させ、例えば実線の位置から点線の位置に変位させれば、収束角自体は変化しないものの、第１光束の断面位置が変わるため、これにより第１受光部１２Ｒ上における適切なスポットサイズを選択することができるのである。

これとは逆に、第２光束及び第３光束を光検出器ＰＤの第２受光部２２Ｒ及び第３受光部３２Ｒに適切なスポットサイズで入射させた状態で、第１光束が第１受光部１２Ｒより近い位置において集光する場合（第１発光部ＬＤ１が第２発光部ＬＤ２及び第３発光部ＬＤ３よりも対物レンズＯＢＪに近い場合）には、別の回折素子を用いて第１光束の収束角を増大させた＋Ｎ次回折光を発生させ、かかる＋Ｎ次回折光を第１受光部１２Ｒに入射させて、適切なスポットサイズを得ることができる。但し、上述と同様に第２光束及び第３光束が入射したら０次回折光を発生することが好ましいことは勿論である。

明らかであるが、回折素子ＤＥの光軸方向位置を変化させることで、第２受光部２２Ｒ及び第３受光部３２Ｒにおけるスポットサイズを変えることなく、第１受光部１２Ｒのスポットサイズを任意の大きさに設定できる。例えば図１の例では、回折素子ＤＥを光ディスク側に変位させれば、スポットサイズは小さくなる。光ピックアップ装置において、適切な位置に回折素子ＤＥをセットした状態で接着剤等を用いて固定すると好ましい。

尚、本発明にかかる回折素子は、波長λ１の第１光束のみに対して発散角又は収束角を変更し焦点補正作用を与えるが、波長λ２の第２光束、波長λ３の第３光束に関しては、焦点補正作用を与えなければ回折作用を持っていても構わない。例えば、第２の光束及び第３の光束について、所定の外側領域をフレアにするような回折作用を与えても良い。

又、「発散角又は収束角を変更する」とは、回折素子を介して（透過または反射して）光源から光ディスクへ向かう光束、または光ディスクからの光束を光検出器へ向かうよう分離させた光束に対してその発散・収束状態を変える作用を発揮することであり、方向は発散方向、収束方向のどちらでも構わない。また発散・収束状態を変える作用は光軸を中心とする軸対称の作用であるとは限らず、センサー系に適用の場合は受光部に導かれる光束に対して非点収差を与える作用、または（例えばシリンドリカルレンズが組み込まれた受光系において）非点収差の状態を変える作用である場合をも含む。

請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、前記光源は、前記第２発光部と前記第３発光部が同一のチップ上に形成され、前記第１発光部が、前記第２発光部及び前記第３発光部とは異なるチップ上に形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記回折構造に前記第１光束が入射したときに、前記回折構造から出射するｎ（ｎはゼロでない整数）次回折光が前記第１受光部に入射して、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために用いられることを特徴とする。

請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記光ディスクからの反射光と前記光源から出射した光束とを分離するための光束分離素子を有し、前記回折素子が、前記光束分離素子と前記光検出器との間に配置されていることを特徴とする。

図１を参照して説明したように、回折素子が、前記光束分離素子と前記光検出器との間に配置されており、例えば第１発光部ＬＤ１が、第２発光部ＬＤ２及び第３発光部ＬＤ３より対物レンズＯＢＪに近い側に位置している場合、回折素子ＤＥがないとすると、第１光束の集光位置が、第２光束の集光位置及び第３光束の集光位置より奥側（対物レンズＯＢＪより遠い側）に位置してしまうので、これらが光検出器ＰＤの同一面上にある第１受光部１２Ｒ〜第３受光部３２Ｒ上で適切なスポットサイズとなるよう補正するために、入射する第１光束に対して発散角を減少させ又は収束角を増大させる回折素子ＤＥを用いる。これにより、第１発光部ＬＤ１の位置バラツキは回折素子ＤＥの変位調整で、吸収することができる。逆に第１発光部ＬＤ１が、第２発光部ＬＤ２及び第３発光部ＬＤ３より対物レンズＯＢＪより遠い側に位置している場合、第１光束の集光位置が、第２光束の集光位置及び第３光束の集光位置より手前側（対物レンズＯＢＪに近い側）に位置してしまうので、これらが光検出器ＰＤの同一面上にある第１受光部１２Ｒ〜第３受光部３２Ｒ上で適切なスポットサイズとなるよう補正するために、入射する第１光束に対して発散角を増大させ又は収束角を減少させる回折素子ＤＥを用いればよい。尚、回折素子ＤＥに入射する第１光束が収束光である場合、回折素子ＤＥは収束光の収束角を増大もしくは減少させることとなるが、例えば光束分離素子ＰＢＳと光検出器ＰＤとの光路内に別な光学系を挿入して、光ディスクからの反射光である第１光束を一旦発散光とした後に回折素子ＤＥに入射させ、更に収束光に変換して光検出器に入射させる構成も考えられ、かかる場合には回折素子は発散光の発散角を減少もしくは収束角を増大させる機能を有することとなる。

以上の構成の場合、基本的には第１発光部ＬＤ１が光軸方向に位置シフトして第１受光部１２Ｒに適正なサイズのスポットができないとき、これを適切サイズにするようにしたものだが、各受光部は光ディスク記録マークの再生のための受光部であっても焦点検出のためのものであってもよい。たとえば光ディスク記録マークの再生の場合であれば、受光部に入射する光ディスクからの反射光が受光部の範囲に入ればよい。つまり受光部内にスポットが入るか入らないかが問題となる。この場合、回折素子を移動させてスポットを受光素子に入れるような調整をすることになる。

また各受光部が焦点誤差検出のためである場合は次のようになる。第１発光部ＬＤ１が、第２発光部ＬＤ２及び第３発光部ＬＤ３に対して光軸方向にシフトしている場合、光ディスクからの第１光束の反射光は第２光束および第３光束の反射光とは光軸方向に異なる集光点位置を有すことになる。この結果、第１光束は、第２光束及び第３光束に対して焦点誤差信号に差異（オフセット）がのることになる。このため第２光束及び第３光束については適切なフォーカスサーボがかけられるが、第１光束は焦点ずれのままフォーカスサーボがかけられるといった問題が生じる。焦点誤差信号のずれは、受光部に入射するビームの集光点の位置、すなわち光ディスクの記録面に対して対物レンズが合焦したときにおける光ディスクからの反射ビームの（焦点誤差検出用）受光部上でのスポットサイズやスポット形状に依存する。合焦時における受光部でのスポットサイズや形状が適正なものからずれるほど、フォーカスサーボにオフセットがのることになり、記録再生性能が低下する。本発明によれば、かかる問題をクリアすることができる。

請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項４記載の発明において、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために用いられる前記第１光束が入射したときには発散角を増大させ又は収束角を減少させるが、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために用いられる前記第２光束及び前記第３光束が入射したときには発散角又は収束角を変更しない選択的発散角増大素子が、前記回折素子と前記光束分離素子との間に配置され、前記回折素子と前記選択的発散角増大素子の少なくとも一方が光軸方向に変位可能となっていることを特徴とする。

本発明の原理を説明する。光源から光ディスクまでの構成は図１と同じであるため省略した図２において、平行平板である回折素子ＤＥの表面には、輪帯状の回折構造が形成されているものとする。かかる回折構造は、波長λ２の第２光束と波長λ３の第３光束を通過させたとき、発散角又は収束角を変化させないが、波長λ１の第１光束は、（発散角を減少させ又は）収束角を増大させる回折作用を発揮するようになっている。このような回折作用としては、例えば第１光束が入射したときは−Ｎ（Ｎは自然数）次回折光を発生させ、第２光束及び第３光束が入射したときはそれぞれ０次回折光を発生させるものがあるが、これに限られない。一方、回折素子ＤＥの光ディスク側（光検出器側でも良い）に配置された選択的発散角増大素子ＲＩＥは、平行平板の表面に輪帯状の回折構造が形成されているものとする。かかる回折構造は、波長λ２の第２光束と波長λ３の第３光束を通過させたとき、発散角又は収束角を変化させないが、波長λ１の第１光束は、（発散角を増大させ又は）収束角を減少させるようになっている。このような回折作用としては、例えば第１光束が入射したときは＋ｍ（ｍは自然数でｍ＞Ｎ）次回折光を発生させ、第２光束及び第３光束が入射したときはそれぞれ０次回折光を発生させるものがあるが、これに限られない。それ以外の構成は、図１の例と同様である。

図１の例では、例えば第１発光部ＬＤ１が、第２発光部ＬＤ２及び第３発光部ＬＤ３よりも対物レンズＯＢＪに対して光軸方向の近い側にシフトしていた場合と、遠い側にシフトしていた場合とで、発散角を減少させ又は収束角を増大する回折素子と、発散角を増大させ又は収束角を減少する回折素子の２種類の回折素子を使い分ける必要があり、調整に手間取るという課題がある。そこで、本発明では、光ディスク側から反射した第１光束を、選択的発散角増大素子ＲＩＥで、強制的に（発散角を増大させ又は）収束角を減少させた＋ｍ次回折光を発生させることで、回折素子がないとした場合に、殆ど第１光束の集光位置が、第２光束の集光位置及び第３光束の集光位置より奥側（対物レンズＯＢＪより遠い側）になるように集光させることができる。かかる場合、光源と光検出器との間の光路内に、回折素子ＤＥを挿入し、その回折構造の回折作用を利用して第１光束の（発散角を減少させ又は）収束角を増大させた−Ｎ次回折光を発生させ、かかる−Ｎ次回折光を第１受光部１２Ｒに入射させて、適切なスポットサイズとすることができ、これによりいずれの受光部においても適切な信号を発生させることができる。尚、これとは逆に、選択的発散角増大素子ＲＩＥで−ｍ次回折光を発生させ、回折素子ＤＥで＋Ｎ次回折光を発生しても良い。

又、選択的発散角増大素子としては回折素子に限られず、例えば使う波長に応じて印加電圧をｏｎ・ｏｆｆすることで入射光束に対して選択的に発散角又は収束角の度合いを変えられる液晶素子を用いることもできる。

請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記回折素子が、前記光源から前記対物レンズまでの光路中に配置されていることを特徴とする。

例えば光ピックアップ装置におけるコンパクト化を図るなどの理由により、回折素子を光束分離素子と光検出器との間に配置できない場合もある。このような場合には、後述の図７のように、回折素子を光源から対物レンズまでの光路中に配置することもできる。このとき、第１発光部が、第２発光部及び第３発光部より光軸方向対物レンズに近い側に位置している場合、回折素子がないとすると、第１光束の集光位置が、第２光束の集光位置及び第３光束の集光位置より奥側（対物レンズより遠い側）に位置してしまうので、第１発光部を第２発光部及び第３発光部と光軸方向に関して等価位置とするため、第１光束に対して発散角を減少させ又は収束角を増大させる回折素子を用いることになる。

ここで、３波長の光束ともそれぞれの光束に対して焦点誤差検出に非点収差法を用いるとする。各受光部はいずれも田の字に４分割されており、非点収差法による焦点誤差信号ＦＥを得る。（公知なのでＦＥ信号の説明は省略する。）フォーカスサーボ調整は、波長λ２の第２光束で一旦フォーカスサーボ調整を行い、次に波長λ１の第１光束を用いて対物レンズが光ディスク記録面に合焦位置に来たときにＦＥ＝０となるよう回折素子を光軸方向に変位調整する。

逆に第１発光部が、第２発光部及び第３発光部より対物レンズより光軸方向に遠い側に位置している場合、回折素子がないとすると、第１光束の集光位置が、第２光束の集光位置及び第３光束の集光位置より手前側（対物レンズに近い側）に位置してしまうので、第１発光部を第２発光部及び第３発光部と光軸方向に関して等価位置とするため、第１光束に対して発散角を増大させ又は収束角を減少させる回折素子を用いることになる。尚、光源とコリメートレンズとの間に回折素子を挿入すると、回折素子に入射する第１光束が発散光となるが、かかる場合には回折素子は発散光の発散角を増大もしくは減少させることとなる。しかし、例えば前記光源と前記対物レンズとの光路内に別な光学系を挿入して、第１発光部ＬＤ１からの発散光である第１光束を一旦収束光とした後に回折素子ＤＥに入射させ、更に発散光に変換して光検出器に入射させる構成も考えられ、かかる場合には回折素子は収束光の収束角を増大もしくは減少させる機能を有することとなる。

請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記回折構造に前記第１光束が入射したときに、前記回折構造から出射する＋ｎ（ｎは自然数）次回折光及び−ｎ’（ｎ’は自然数）次回折光のうち一方が前記第１受光部に入射して、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために用いられることを特徴とする。

本発明の原理を説明する。図３において、平行平板である回折素子ＤＥの表面には、輪帯状の回折構造が形成されているものとする。かかる回折構造は、波長λ２の第２光束と波長λ３の第３光束を通過させたとき、発散角又は収束角を変化させないが、波長λ１の第１光束は、（発散角を減少させ又は）収束角を増大させる回折作用を発揮するようになっている。このような回折作用としては、例えば第１光束が入射したときは−ｎ’（ｎ’は自然数）次回折光及び＋ｎ（ｎは自然数）次回折光を発生させ、第２光束及び第３光束が入射したときはそれぞれ０次回折光を発生させるものがあるが、これに限られない。尚、＋ｎ次回折光と−ｎ’次回折光とは、それぞれ光量が等しいか、或いは一方が最大の時は他方が２番目に光量が大きいと好ましい。ｎ＝ｎ’でもよい。

図３の例では、第２光束及び第３光束は省略されており、回折素子ＤＥの光ディスク側に、非点収差光学系ＣＹが配置されている。非点収差光学系ＣＹに第１光束λ１が入射したときに、２つの焦線を形成する非点収差が与えられるようになっている。図３で示す実線は、奥側（対物レンズから遠い側）に集光する焦線を作る光線を示し、点線は、手前側（対物レンズに近い側）に集光する焦線を作る光線を示している。更に、非点収差が与えられた第１光束λ１は、回折素子ＤＥに入射して、収束角を増大させた−ｎ’次回折光（以下、図３においては、符号（−λ１）で示す）と、収束角を減少させた＋ｎ次回折光（以下、図３においては、符号（＋λ１）で示す）とが発生することとなる。

図１の例では、例えば第１発光部が、第２発光部及び第３発光部よりも対物レンズに対して光軸方向の近い側にシフトしていた場合と、遠い側にシフトしていた場合とで、発散角を減少させ又は収束角を増大する回折素子と、発散角を増大させ又は収束角を減少する回折素子を使い分ける必要があり、調整に手間取るという課題がある。これに対し、本発明では、回折素子に第１光束を入射させると同軸で焦点位置が異なる２つの回折光が発生するので、光検出器ＰＤを図３の実線で示す位置（後方最小錯乱円が形成される奥側位置）と、一点鎖線で示す位置（前方最小錯乱円が形成される手前側位置）のいずれに配置しても、適切なスポットサイズの第１光束を検出できることとなる。従って、光検出器ＰＤが図３の奥側位置と手前側位置との間にある場合であって、発散角を増大させ又は収束角を減少する回折素子ＤＥを用いる場合、第１発光部が第２発光部及び第３発光部に対して対物レンズに近いときは、光検出器ＰＤを奥側位置に固定して、回折素子ＤＥを光軸方向に変位調整すればよい。一方、第１発光部が第２発光部及び第３発光部に対して対物レンズから遠いときは、光検出器ＰＤを手前位置に固定して、回折素子ＤＥを光軸方向に変位調整すればよい。尚、発散角を減少させ又は収束角を増大する回折素子を用いる場合、以上とは逆の関係となる。以上により、第１発光部の第２発光部及び第３発光部に対する光軸方向位置に関わらず、同一の回折素子ＤＥを用いて、第１受光部１２Ｒにおけるスポットサイズの調整を行える。本発明は、特に分割した２本の光束が同軸であるから、受光部を共通化できるというメリットがある。

ここで、第１発光部の光軸方向位置ずれにともなう焦点誤差信号のオフセットを取り除く方法を説明する。図３において、不図示の光ディスクから反射された３つの各光束は、非点収差光学系ＣＹ及び回折素子ＤＥを通過し、個別に田の字に分割された光検出器ＰＤの各受光部（後述する図８の１２Ｒ〜３２Ｒ参照）に導かれる。まず、波長λ２の第２光束について対物レンズ（不図示）が光ディスクの情報記録面に合焦したとき、光ディスクからの反射光束が第２受光部の田の字の中心で最小錯乱円となるよう非点収差光学系ＣＹを光軸方向に、また光検出器ＰＤを光軸垂直方向に調整することで、第２光束のフォーカスサーボ調整がおこなわれる。一方、第３発光部は第２発光部と同一チップに形成されているので、第２光束のフォーカスサーボが調整された時点で第３光束についてもフォーカスサーボ調整が行われたことになる。ただし第２受光部及び第３受光部の光軸垂直面内の位置関係は、両発光点の位置関係と光学倍率に基づいて適切に設計されているものとする。

次に第１光束について調整する。回折素子ＤＥを介した光束は、同一の光軸上に沿って＋ｎ次回折光（＋λ１）と、それよりも集光位置が回折素子ＤＥに近い−ｎ’次回折光（−λ１）の２光束に分割される。ただし、これらの光束は別個の非点収差光学系ＣＹによって非点収差が与えられ、＋ｎ次回折光（＋λ１）と−ｎ’次回折光（−λ１）のそれぞれの集光点には、光束の非点収差による最小錯乱円が生じる。

いま第１発光点が、第２発光点及び第３発光点に対して対物レンズ側に位置しているとする。先の説明と同じようにして、回折素子ＤＥで分割されたλ１の＋ｎ次回折光（＋λ１）と−ｎ’次回折光（−λ１）のうち、手前側に集光する−ｎ’次回折光（−λ１）の光束の最小錯乱円が、第１受光部に位置するよう回折素子ＤＥを光軸方向に変位調整することができる。これにより第１光束、第２光束、第３光束の全てが適切にフォーカスサーボ調整される。

なお、このとき＋ｎ次回折光（＋λ１）の与えられたスポットは、−ｎ’次回折光（−λ１）の与えられたスポットと同一の光軸上にあるため、同様に光検出器ＰＤに入射することになるが、手前側集光点（収束作用の与えられた光束の集光点）と後方集光点（発散作用の与えられた光束の集光点）の間隔を所定以上の距離としておけば（例えばｎ，ｎ’を適切な値とする）、光検出器ＰＤ上でのこのスポットは受光部面積よりはるかに大きなものとなり、対象としない光束による影響は十分小さなものにすることができる。非点収差光学系は、回折素子と一体的に形成されていても良い。

図４は、図３の構成において、光検出器ＰＤを手前側位置近傍に配置した状態におけるスポットの例を示しており、（ａ）が対物レンズのフォーカス状態、（ｂ）、（ｃ）がそれぞれ対物レンズのデフォーカス状態を示している。図４においては、−ｎ’次回折光（−λ１）が第１受光部１２Ｒに集光して円形もしくは楕円形のスポットを形成するので、スポット形状を検出することで、フォーカス状態を検出できる。かかる場合、図３の構成によれば、＋ｎ次回折光（＋λ１）も光検出器ＰＤに入射するが、焦点位置が異なるので点線で示すようにフレア光となって薄く広がるため、第１受光部１２Ｒの誤検出を招かないようになっている。

請求項８に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１の第１光束を出射する第１発光部と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２発光部と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３発光部とがユニット化された光源と、対物レンズと、光検出器とを有し、前記第１発光部からの光束を、前記対物レンズにより第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２発光部からの光束を、前記対物レンズにより第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３発光部からの光束を、前記対物レンズにより第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、
前記光源は、前記第１発光部が、前記第２発光部及び前記第３発光部に対して光軸方向に位置をずらせて配置され、
前記光ディスクからの反射光と前記光源から出射した光束とを分離するための光束分離素子を有し、前記光束分離素子と前記光検出器との間の光路内に、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子が配置されており、
前記光検出器は、第１ａ受光部と第１ｂ受光部と、第２受光部と、第３受光部とを有し、
前記回折素子は回折構造を有し、前記回折構造の回折作用により、前記第１光束が入射したときには第１ａ光束と第１ｂ光束を分岐させ、更に入射した前記第１光束の発散角又は収束角に対して前記第１ａ光束の発散角を増大させ又は収束角を減少させるが、前記第１ｂ光束の発散角を減少させ又は収束角を増大させ、前記回折構造を通過して発散角を増大させ又は収束角を減少させた前記第１ａ光束が前記第１ａ受光部に導かれるか或いは前記回折構造を通過して発散角を減少させ又は収束角を増大させた前記第１ｂ光束が前記第１ｂ受光部に導かれる一方で、前記第２光束及び前記第３光束が入射したときには光束を分岐させず且つ発散角又は収束角を変更せず、前記回折構造を通過して発散角又は収束角を変更しない前記第２光束および前記第３光束が前記第２受光部および前記第３受光部にそれぞれ導かれることを特徴とする。

本発明の原理を説明する。本発明においては、図５に示すように、波長λ１の第１光束が入射したときに、例えば第１回折光としての第１ａ光束と、第１ａ光束とは光軸が異なる第２回折光としての第１ｂ光束を発生させる回折構造を有する回折素子ＤＥ’を、光束分離素子である偏光ビームスプリッタＰＢＳと光検出器ＰＤとの間に配置して用いる（図１参照）。入射した第１光束の発散角又は収束角に対して、第１ａ光束の発散角は増大し又は収束角は減少する一方、第１ｂ光束の発散角は減少し又は収束角は増大するようになっている。更に、回折素子ＤＥ’の回折構造は、第２光束及び第３光束が入射したときには光束を分岐させず且つ発散角又は収束角を変更しないようになっている。このような回折構造を持つ回折素子は、例えば特開２００５−１７４５０３号公報に示されている。光検出器ＰＤ’は、第１ａ光束を受光する第１ａ受光部１２Ｒと、第１ｂ光束を受光する第１ｂ受光部１２Ｒ’を光軸直交方向にずらせて配置している。尚、図５においては、第２光束及び第３光束、光検出器ＰＤ’の第２受光部及び第３受光部は省略しており、点線は回折素子ＤＥ’がない場合における第１光束を示している。

図１の例では、例えば第１発光部が、第２発光部及び第３発光部よりも対物レンズに対して光軸方向の近い側にシフトしていた場合と、遠い側にシフトしていた場合とで、発散角を減少させ又は収束角を増大する回折素子と、発散角を増大させ又は収束角を減少する回折素子の２種類を使い分ける必要があり、調整に手間取るという課題がある。これに対し本発明では、回折素子ＤＥ’に第１光束を入射させると非同軸で焦点位置が異なる２つの光束が発生するので、回折素子ＤＥ’と光検出器ＰＤとの相対位置を調整することで、適切なスポットサイズの第１光束を検出できることとなる。例えば、第１発光部が第２発光部及び第３発光部に対して対物レンズに近いときは、光検出器ＰＤ’の第１ａ受光部１２Ｒを用いて、第１ａ光束を検出すればよい。一方、第１発光部が第２発光部及び第３発光部に対して対物レンズから遠いときは、光検出器ＰＤ’の第１ｂ受光部１２Ｒ’を用いて、第１ｂ光束を検出すればよい。尚、発散角を減少させ又は収束角を増大する回折素子を用いる場合、以上とは逆の関係となる。以上により、第１発光部の第２発光部及び第３発光部に対する光軸方向位置に関わらず、同一の回折素子ＤＥ’を用いて、第１ａ受光部１２Ｒ又は第１ｂ受光部１２Ｒ’におけるスポットサイズの調整を行える。

請求項９に記載の光ピックアップ装置は、請求項８に記載の発明において、前記光源は、前記第２発光部と前記第３発光部が同一のチップ上に形成され、前記第１発光部が、前記第２発光部及び前記第３発光部とは異なるチップ上に形成されていることを特徴とする。

請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記回折素子に前記第２光束及び前記第３光束が入射したときに、回折作用が与えられない光束が前記第２受光部及び前記第３受光部にそれぞれ入射して、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために用いられることを特徴とする。例えば、前記第２光束及び前記第３光束については前記回折素子を素通りする光束を、それぞれ第２受光部及び第３受光部に導くことができる。なお、前記回折素子は、前記第２光束及び前記第３光束については集光／発散作用を与えないが、方向を変えるなどの回折作用を発揮することは任意である。

請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１０に記載の発明において、前記回折素子に前記第２光束及び前記第３光束が入射したときに、それぞれ０次回折光が最大の回折効率を発揮することを特徴とする。

請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、以下の式、
３９５（ｎｍ）≦λ１≦４１５（ｎｍ） （１）
６３０（ｎｍ）≦λ２≦７００（ｎｍ） （２）
７５０（ｎｍ）≦λ３≦８５０（ｎｍ） （３）
を満たすことを特徴とする。

なお、以下の式、
４００（ｎｍ）≦λ１≦４１０（ｎｍ） （１’）
６５０（ｎｍ）≦λ２≦６８０（ｎｍ） （２’）
７６０（ｎｍ）≦λ３≦８００（ｎｍ） （３’）
を満たすことがより好ましい。

なお、本明細書でいう回折構造とは、段差を有し、回折によって光束を収束あるいは発散させる作用を持たせる構造の総称である。例えば、単位形状が複数並ぶことによって構成されており、それぞれの単位形状に光束が入射し、透過した光の波面が、隣り合う輪帯毎に略整数波長又は整数波長分だけズレを起こし、新たな波面を形成することによって光を集光させるような構造を含むものである。回折構造は、好ましくは段差を複数有し、段差は光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。

又、回折構造は、光軸に直交する面に沿って直線的に延在する溝を有すると好ましい。更に、回折構造は、様々な断面形状（光軸を含む面での断面形状）をとり得、光軸を含む断面形状がブレーズ型構造と階段型構造とに大別される。一例として、４段の階段型回折構造を図６に示す。

尚、回折構造は、ある単位形状が周期的に繰り返されている構造であることが好ましい。ここでいう「単位形状が周期的に繰り返されている」とは、同一の形状が同一の周期で繰り返されている形状は当然含む。さらに、周期の１単位となる単位形状が、規則性を持って、周期が徐々に長くなったり、徐々に短くなったりする形状も、「単位形状が周期的に繰り返されている」ものに含まれているとする。

本発明によれば、小型化を図りコストを抑えつつも、異なる３種類の光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置を提供することが可能になる。

（ａ）は、本発明の一態様にかかる回折格子ＤＥと光検出器ＰＤの周辺の構成を主として概略的に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の構成を矢印ＩＢ−ＩＢ方向に見た図である。 （ａ）は、本発明の別態様にかかる回折格子ＤＥと光検出器ＰＤの周辺の構成を概略的に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の構成を矢印IIＢ−IIＢ方向に見た図である。 本発明の別態様にかかる回折格子ＤＥと光検出器ＰＤの周辺の構成を概略的に示す図である。 第１受光部１２Ｒに集光されるスポットの形状を示す図であり、（ａ）はフォーカス状態を示し、（ｂ）は遠方側のデフォーカス状態を示し、（ｃ）は近接側のデフォーカス状態を示す。 （ａ）は、本発明の別態様にかかる回折格子ＤＥと光検出器ＰＤの周辺の構成を概略的に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の構成を矢印ＶＢ−ＶＢ方向に見た図である。 階段型回折構造の例を示す断面図である。 異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。 図７に示す光検出器ＰＤの受光面を矢印VIII方向に見た図である。 異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。 図９に示す光検出器ＰＤの受光面を矢印Ｘ方向に見た図である。 異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ３の構成を概略的に示す図である。 異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ４の構成を概略的に示す図である。 図１２に示す光検出器ＰＤの受光面を矢印XIII方向に見た図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図７は、異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる第１の実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、光情報記録再生装置に搭載できる。図８は、図７に示す光検出器ＰＤの受光面を矢印VIII方向に見た図であり、集光スポットをハッチングで示している。ここでは、第１光ディスクをＢＤとし、第２光ディスクをＤＶＤとし、第３光ディスクをＣＤとする。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。

光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物光学系としての単一の対物レンズＯＢＪ、絞りＡＰ、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＯＬ、光束分離素子としての偏光ビームスプリッタＰＢＳ、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ１＝４０５ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１半導体レーザＬＤ１（第１発光部）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ２＝６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２半導体レーザＬＤ２（第２発光部）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ３＝７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３半導体レーザＬＤ３（第３発光部）を、１つのパッケージに収容した光源ユニットＬＤＰ、センサレンズＳＮ、回折構造を有する回折素子ＤＥ、光検出器ＰＤ等を有する。尚、第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３はＧａ系半導体基板の同一チップに形成され（モノリシック構成）、第１半導体レーザＬＤ１は、それとは異なる窒化物系半導体基板のチップに形成されている（ハイブリッド構成）。このような光源の例が、特開２００４−３１９９１５号公報に開示されている。尚、センサレンズＳＮと回折素子ＤＥとを一体化することもできる。

光源ユニットＬＤＰとコリメートレンズＣＯＬとの間に配置された回折素子ＤＥは、輪帯状の回折溝を備え、第１光束が入射したときに最も光量が高い回折光として−１次回折光を発生し（即ち入射した発散光に対して発散角を減少させ）、第２光束及び第３光束が入射したときに最も光量が高い回折光として０次回折光を発生する（即ち入射した発散光に対して発散角を変更しない）回折構造を表面に形成している。又、回折素子ＤＥは、不図示のガイドにより光軸方向に変位可能に保持されている。

図８に示されるように、光検出器ＰＤは、光軸に略直交する受光面側に並んだ３つの受光部１２Ｒ〜３２Ｒを有する。受光部１２ＲはＢＤからの反射光を受光する第１受光部であり、受光部２２ＲはＤＶＤからの反射光を受光する第２受光部であり、受光部３２ＲはＣＤからの反射光を受光する第３受光部である。受光部１２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとし、受光部２２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとし、受光部３２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとする。

次に光ピックアップ装置ＰＵ１の動作について説明する。第１半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、実線で示すように、回折素子ＤＥを通過して−１次回折光が発生し、コリメートレンズＣＯＬ、偏光ビームスプリッタＰＢＳを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、絞りＡＰによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ０．１ｍｍの保護基板を介して、ＢＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＢＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＡＰを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、センサレンズＳＮを通過して光検出器ＰＤの受光部１２Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＢＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（１ａ＋１ｄ）−（１ｂ＋１ｃ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボは、サブビームが不要なＤＰＤ法を用いることとする。ＤＰＤ法において、ＴＥ信号は、（１ａ＋１ｄ）−（１ｂ＋１ｃ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（１ａ＋１ｂ＋１ｃ＋１ｄ）で表される。

次に、第２半導体レーザＬＤ２から射出された第２光束（λ２＝６５５ｎｍ）の発散光束は、一点鎖線で示すように、回折素子ＤＥを通過して０次回折光が発生し、コリメートレンズＣＯＬ、偏光ビームスプリッタＰＢＳを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、絞りＡＰによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ０．６ｍｍの保護基板を介して、ＤＶＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＤＶＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＡＰを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、センサレンズＳＮを通過して光検出器ＰＤの受光部２２Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＤＶＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（２ａ＋２ｄ）−（２ｂ＋２ｃ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボはＤＰＤ法を用いることとする。ＤＰＤ法において、ＴＥ信号は、（２ａ＋２ｄ）−（２ｂ＋２ｃ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（２ａ＋２ｂ＋２ｃ＋２ｄ）で表される。

次に、第３半導体レーザＬＤ３から射出された第３光束（λ３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、点線で示すように、回折素子ＤＥを通過して０次回折光が発生し、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、コリメートレンズＣＯＬを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、絞りＡＰによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ１．２ｍｍの保護基板を介して、ＣＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＣＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＡＰを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、センサレンズＳＮを通過して光検出器ＰＤの受光部３２Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＣＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＣＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（３ａ＋３ｄ）−（３ｂ＋３ｃ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボはＤＰＤ法を用いることとする。ＤＰＤ法において、ＴＥ信号は、（３ａ＋３ｄ）−（３ｂ＋３ｃ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（３ａ＋３ｂ＋３ｃ＋３ｄ）で表される。

ところで、上述したように第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３は同じチップに形成され、第１半導体レーザＬＤ１は、それとは異なるチップに形成されているので、光源ユニットＬＤＰに組み付ける際に、第１半導体レーザＬＤ１と、第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３とに光軸方向位置のバラツキが生じる。一方、光検出器ＰＤの受光部１２Ｒ〜３２Ｒは、光軸方向の相対位置をずらすことができない。従って、半導体レーザの光軸方向位置が許容誤差を超えると、各光束を受光部１２Ｒ〜３２Ｒに適切に受光させることができなくなる。そこで本実施の形態では、回折素子ＤＥを用いることで、かかる問題を解決している。

より具体的には、図７を参照して、第１半導体レーザＬＤ１の発光点が、第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３の発光点より光軸方向にズレていた場合（第１半導体レーザＬＤ１が対物レンズＯＢＪに近い場合）、回折素子ＤＥがないとすると、第２光束及び第３光束を光検出器ＰＤの第２受光部２２Ｒ及び第３受光部３２Ｒに適切なスポットサイズで入射させた状態で、第１光束は第１受光部１２Ｒより遠方において集光する。そこで、光源ユニットＬＤＰとコリメートレンズＣＯＬとの間の光路内に回折素子ＤＥを挿入し、その回折構造の回折作用を利用して第１光束の収束角を増大させた−１次回折光を発生させ、更に回折素子ＤＥを光軸方向の適切な位置に変位させることで、かかる−１次回折光を第１受光部１２Ｒに入射させて、適切なスポットサイズとすることができ、これによりいずれの受光部１２Ｒ〜３２Ｒにおいても適切な信号を発生させることができる。尚、第１半導体レーザＬＤ１の発光点が第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３の発光点より対物レンズＯＢＪから遠い場合には、第１光束が入射したときに＋１次回折光を発生させ、第２光束及び第３光束が入射したときに０次回折光を発生させる回折素子ＤＥを用いればよい。

ここで、焦点誤差検出のための光学系調整手順例を説明しておく。焦点検出用の基準光をモノリシックチップ光源とするかハイブリッドチップ光源にするかで異なるが、モノリシックチップ光源を焦点検出の基準光とする場合、第２半導体レーザＬＤ２又は第３半導体レーザＬＤ３を発光させ（第２半導体レーザＬＤ２を発光させるのが妥当）、この第２光束が光ディスクで反射して、光検出器ＰＤに戻ってきたとき、対応する受光部２２Ｒにおいて所望の形状またはサイズのスポットとなるよう、センサレンズＳＮを光軸方向に変位調整することになる。このあと第１半導体レーザＬＤ１を発光させ、光ディスクで反射した第１光束が受光部１２Ｒにおいて所望の形状またはサイズのスポットとなるよう回折素子ＤＥを光軸方向に変位調整してやることで、第１半導体レーザＬＤ１の発光点のズレを補正することができる。

次に、非点収差法を用いた例を説明する。図８に示すように、受光部１２Ｒ〜３２Ｒは、それぞれが田の字形に分割された４分割となっている。第２受光部１２Ｒの中心に、波長λ２の第２光束による光ディスクからの反射光の中心が一致して入射するように、センサレンズＳＮと光検出器ＰＤの位置を調整する。センサレンズＳＮは一方の面がシリンドリカルレンズであり、他方の面が球面の凹または凸レンズであって、光ディスクのトラック溝に対してその母線が４５°傾くよう配置されている。センサレンズＳＮを光軸方向に変位させることで、第２受光部２２Ｒ上におけるスポット形状を２つの極性の楕円の中間であるところの最小錯乱円とする。なお第２受光部２２Ｒの中心位置にスポットが位置していない場合は、光検出器ＰＤを光軸垂直方向にずらすことで中心に位置させることができる。第３半導体レーザＬＤ３は第２半導体レーザＬＤ２と同じモノリシックチップ上にあるため光軸方向の位置誤差はなく、従って第２半導体レーザＬＤ２の代わりに第３半導体レーザＬＤ３を発光すれば、光ディスクからの反射光は、同じ光検出器ＰＤ内に形成された焦点誤差検出用の第３受光部３２Ｒに非点収差の最小錯乱円状態で集光することになる。つまり第３半導体レーザＬＤ３は第２半導体レーザＬＤ２に対してフォーカスオフセットを持たない。

次に、第１光束の調整を行う。第１半導体レーザＬＤ１は第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３とは別チップに設けられているため、光軸方向に第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３と位置ずれを有すことがある。たとえば第１半導体レーザＬＤ１が本来の位置より光軸方向に対物レンズＯＢＪから離れているとすると、第１半導体レーザＬＤ１を発光させると光ディスクからの反射光は、同じ光検出器ＰＤ内に設けられた第１光束用の受光部１２Ｒ上で、対物レンズＯＢＪが光ディスクに対して合焦位置にあっても最小錯乱円とならず楕円形状となる。ここで、回折素子ＤＥを光軸に対して前後方向に変位させる。この回折素子ＤＥは波長λ１の第１光束を入射して−１次回折光を発生させる作用を有するため、適当な位置に回折素子ＤＥを変位させることで、第２光束及び第３光束と同じように第１受光部１２Ｒにおいて、第１光束も最小錯乱円にすることができる。この結果、３光束それぞれオフセットの生じない焦点誤差検出信号を得ることができる。なお、このとき回折素子ＤＥは受光部２２Ｒ、３２Ｒに導かれる第２光束及び第３光束に対しては、０次回折光が発生する（集光または発散作用が与えられない）ので、第１光束の調整時に、先に調整された第２光束及び第３光束の焦点位置調整は、ずれることがない。

（第２の実施の形態）
図９は、異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる第２の実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ２は、光情報記録再生装置に搭載できる。図１０は、図９に示す光検出器ＰＤの受光面を矢印Ｘ方向に見た図であり、集光スポットをハッチングで示している。ここでは、第１光ディスクをＢＤとし、第２光ディスクをＤＶＤとし、第３光ディスクをＣＤとする。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。

光ピックアップ装置ＰＵ２は、対物光学系としての単一の対物レンズＯＢＪ、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＯＬ、光束分離素子としての偏光ビームスプリッタＰＢＳ、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ１＝４０５ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１半導体レーザＬＤ１（第１発光部）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ２＝６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２半導体レーザＬＤ２（第２発光部）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ３＝７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３半導体レーザＬＤ３（第３発光部）を一体化し、１つのパッケージに収容した光源ユニットＬＤＰ、入射光束を３分割して出射するグレーティングＧＲＴ、センサレンズＳＮ、回折構造を有する回折素子ＤＥ、光検出器ＰＤ等を有する。尚、第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３はＧａ系半導体基板の同一チップに形成され（モノリシック構成）、第１半導体レーザＬＤ１は、それとは異なる窒化物系半導体基板のチップに形成されている（ハイブリッド構成）。センサレンズＳＮは一方の面がシリンドリカルレンズであり、他方の面が球面の凹または凸レンズであって、光ディスクのトラック溝に対してその母線が４５°傾くよう配置されている。

回折素子ＤＥは、第１光束が入射したときに最も光量が高い回折光として−１次回折光を発生し、第２光束及び第３光束が入射したときに最も光量が高い回折光として０次回折光を発生する回折構造を表面に形成している。又、回折素子ＤＥは、不図示のガイドにより光軸方向に変位可能に保持されている。

図１０に示されるように、光検出器ＰＤは、光軸に略直交する受光面側に、３行３列に並んだ受光部１１Ｒ〜３３Ｒを有する。受光部１１Ｒ〜１３ＲはＢＤからの反射光を受光する第１受光部であり、受光部２１Ｒ〜２３ＲはＤＶＤからの反射光を受光する第２受光部であり、受光部３１Ｒ〜３３ＲはＣＤからの反射光を受光する第３受光部である。受光部１２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ１ｅ、１ｃ、１ｆ、１ｄとする。又受光部１２Ｒの両側の受光部１１Ｒ、１３Ｒは、左右に２分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ１ｈ、１ｇ、及び１ｂ、１ａとする。受光部２２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ２ｅ、２ｃ、２ｆ、２ｄとする。又受光部２２Ｒの両側の受光部２１Ｒ、２３Ｒは、左右に２分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ２ｈ、２ｇ、及び２ｂ、２ａとする。更に受光部３２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ３ｅ、３ｃ、３ｆ、３ｄとする。又受光部３２Ｒの両側の受光部３１Ｒ、３３Ｒは、左右に２分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ３ｈ、３ｇ、及び３ｂ、３ａとする。

次に光ピックアップ装置ＰＵ２の動作について説明する。第１半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、実線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ０．１ｍｍの保護基板を介して、ＢＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＢＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部１１Ｒ〜１３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＢＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（１ｃ＋１ｆ）−（１ｅ＋１ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボはＤＰＰ法を用いることとする。ＤＰＰ法において、ＴＥ信号は、（１ａ＋１ｇ＋１ｅ＋１ｆ）−（１ｂ＋１ｈ＋１ｃ＋１ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（１ａ＋１ｂ＋１ｃ＋１ｄ＋１ｅ＋１ｆ＋１ｇ＋１ｈ）で表される。

次に、第２半導体レーザＬＤ２から射出された第２光束（λ２＝６５５ｎｍ）の発散光束は、一点鎖線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ０．６ｍｍの保護基板を介して、ＤＶＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＤＶＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部２１Ｒ〜２３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＤＶＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（２ｃ＋２ｆ）−（２ｅ＋２ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボはＤＰＰ法を用いることとする。ＤＰＰ法において、ＴＥ信号は、（２ａ＋２ｇ＋２ｅ＋２ｆ）−（２ｂ＋２ｈ＋２ｃ＋２ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（２ａ＋２ｂ＋２ｃ＋２ｄ＋２ｅ＋２ｆ＋２ｇ＋２ｈ）で表される。

次に、第３半導体レーザＬＤ３から射出された第３光束（λ３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、点線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ１．２ｍｍの保護基板を介して、ＣＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＣＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部３１Ｒ〜３３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＣＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＣＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（３ｃ＋３ｆ）−（３ｅ＋３ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボはＤＰＰ法を用いることとする。ＤＰＰ法において、ＴＥ信号は、（３ａ＋３ｇ＋３ｅ＋３ｆ）−（３ｂ＋３ｈ＋３ｃ＋３ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（３ａ＋３ｂ＋３ｃ＋３ｄ＋３ｅ＋３ｆ＋３ｇ＋３ｈ）で表される。

本実施の形態においては、ＢＤから反射した第１光束が回折素子ＤＥに入射すると−１次回折光が発生するので、図１を参照して説明したように位置調整を行った後、フォーカスサーボやトラッキングサーボを行うことができる。尚、波長λ１の第１光束が入射したときに、例えば第１回折光としての第１ａ光束と、第１ａ光束とは光軸が異なる第２回折光としての第１ｂ光束を発生させる回折構造を有する回折素子を用いた場合、図５を参照して説明したように位置調整を行った後、フォーカスサーボやトラッキングサーボを行うことができる。

次に、光ピックアップ装置ＰＵ２の調整方法について述べる。尚、以下の調整は、光ピックアップ装置を仮組みした状態で行うものとする。
（１）第２半導体レーザＬＤ２から射出された第２光束によるサーボ調整
ａ） 通常の非点収差法を用いたＤＶＤ用光ピックアップ装置の調整と同様にして、調整用光ディスク（ＤＶＤ）に対する遠近の往復運動を対物レンズＯＢＪに与えながら、光ディスクの情報記録面において第２光束が結像したとき、メインビームが受光部２２Ｒの４分割の中心で円径スポットとなるよう（すなわち２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆの各出力信号が等しく、またこれらの和信号が最大となるよう）、光検出器ＰＤを光軸垂直面内で、センサレンズＳＮを光軸方向に変位させて位置調整を行う。
ｂ） 回転する光ディスクに対してフォーカスサーボを適用したあと、第２光束用のグレーティングＧＲＴを、ＴＥ信号が最大となるよう光軸を中心に回転調整を行う。ただしグレーティングＧＲＴは第１光束、第２光束、第３光束それぞれ個別調整できるものとする（不図示）。
ｃ） トラッキングサーボを適用した状態でＲＦ信号が最大となるよう、光検出器ＰＤとセンサレンズＳＮの位置を微調整する（調整方向は上記ａと同じ）。
（２）第１半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束によるサーボ調整（第２光束の代わりに第１光束を用いる）。
ａ） 調整用光ディスク（ＢＤ）に対する遠近の往復運動を対物レンズＯＢＪに与えながら、光ディスクの情報記録面において第１光束が結像したとき、メインビームが受光部１２Ｒの４分割の中心で円径スポットとなるよう（すなわち１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの各出力信号が等しく、またこれらの和信号が最大となるよう）、回折素子ＤＥを光軸方向に変位させて位置調整を行う。
ｂ） 回転する光ディスクに対してフォーカスサーボを適用した後、第１光束用のグレーティングＧＲＴを、ＴＥ信号が最大となるよう光軸を中心に回転調整を行う。
ｃ） トラッキングサーボを適用した状態でＲＦ信号が最大になるよう、回折素子ＤＥを光軸方向に微調整する。
（３）第３半導体レーザＬＤ３から射出された第３光束によるサーボ調整（第１光束の代わりに第３光束を用いる）。
ａ） 回転する調整用光ディスク（ＣＤ）にフォーカスサーボを適用した後、第３光束用のグレーティングＧＲＴを、ＴＥ信号が最大となるよう光軸を中心に回転調整を行う。

調整方法は以上であるが、光源を切り換える際、対物レンズＯＢＪの設計によってはコリメートレンズＣＯＬを所定の位置になるよう光軸方向に変位させる必要がある場合があるが、この技術は公知であるため、ここでは説明を省略した。

（第３の実施の形態）
図１１は、異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる第３の実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ３の構成を概略的に示す図である。本実施の形態においては、図９の実施の形態に対して、光束分離素子である偏光ビームスプリッタＰＢＳの光検出器ＰＤ側の出射面に、選択的発散角増大素子としての回折素子ＲＩＥを密着固定した点が異なり、それ以外の構成については同様である。

本実施の形態によれば、ＢＤから反射した第１光束が収束光の状態で偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射した後、回折素子ＲＩＥから出射したときに、＋ｎ（ｎは自然数）次回折光を発生させ、これにより収束角を減少させるようになっており、一方、ＤＶＤ及びＣＤから反射した第２光束及び第３光束が収束光の状態で偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射した後、回折素子ＲＩＥから出射したときに、０次回折光を発生させ、即ち収束角を変更しないようになっている。

図７に示した第２の実施の形態では、例えば第１半導体レーザＬＤ１が、第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３よりも対物レンズＯＢＪに対して光軸方向の近い側にシフトしていた場合と、遠い側にシフトしていた場合とで、収束角を増大する回折素子と、収束角を減少する回折素子の２種類を使い分ける必要があり、調整に手間取るという課題がある。そこで、第３の実施の形態では、ＢＤから反射した第１光束を、回折素子ＲＩＥで＋ｎ次回折光とすることで強制的に収束角を減少させるように構成した。このように構成することで、回折素子ＤＥがないとした場合の、第２光束及び第３光束を光検出器ＰＤの第２受光部２２Ｒ及び第３受光部３２Ｒに適切なスポットサイズで入射させた状態において、第１光束を第１受光部１２Ｒより遠方に集光させることができる。従って、収束角の減少した第１光束が入射した回折素子ＤＥは、更に第１光束の収束角を増大させた−１次回折光を発生させ、かかる−１次回折光を第１受光部１２Ｒに入射させて、適切なスポットサイズとすることができ、これによりいずれの受光部においても適切な信号を発生させることができる（図２参照）。尚、第１受光部１２Ｒ上におけるスポットサイズの調整は、上述のように回折素子ＤＥを光軸方向に変位させて行うが、偏光ビームスプリッタＰＢＳと回折素子ＲＩＥとを別体にした場合、回折素子ＲＩＥを光軸方向に変位させても良い。

（第４の実施の形態）
図１２は、異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる第４の実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ４の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ４は、光情報記録再生装置に搭載できる。図１３は、図１２に示す光検出器ＰＤの受光面を矢印XIII方向に見た図であり、集光スポットをハッチングで示している。ここでは、第１光ディスクをＢＤとし、第２光ディスクをＤＶＤとし、第３光ディスクをＣＤとする。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。

光ピックアップ装置ＰＵ４は、対物光学系としての単一の対物レンズＯＢＪ、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＯＬ、光束分離素子としての偏光ビームスプリッタＰＢＳ、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ１＝４０５ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１半導体レーザＬＤ１（第１発光部）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ２＝６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２半導体レーザＬＤ２（第２発光部）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ３＝７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３半導体レーザＬＤ３（第３発光部）を、１つのパッケージに収容した光源ユニットＬＤＰ、入射光束を３分割して出射するグレーティングＧＲＴ、センサレンズＳＮ、回折構造を有する回折素子ＤＥ、光検出器ＰＤ等を有する。尚、第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３はＧａ系半導体基板の同一チップに形成され（モノリシック構成）、第１半導体レーザＬＤ１は、それとは異なる窒化物系半導体基板のチップに形成されている（ハイブリッド構成）。センサレンズＳＮは一方の面がシリンドリカルレンズであり、他方の面が球面の凹または凸レンズであって、光ディスクのトラック溝に対してその母線が４５°傾くよう配置されている。

回折素子ＤＥは、第１光束が入射したときに最も光量が高い回折光として±１次回折光を発生し、第２光束及び第３光束が入射したときに最も光量が高い回折光として０次回折光を発生する回折構造を表面に形成している。又、回折素子ＤＥは、不図示のガイドにより光軸方向に変位可能に保持されている。

本実施の形態においては、ＢＤから反射した第１光束が回折素子ＤＥに入射すると、集光位置が異なる同軸の±１次回折光が発生するので、図３を参照して説明したように位置調整を行った後、フォーカスサーボやトラッキングサーボを行うことができる。

図１３に示されるように、光検出器ＰＤは、光軸に略直交する受光面側に、３行３列に並んだ受光部１１Ｒ〜３３Ｒを有する。受光部１１Ｒ〜１３ＲはＢＤからの反射光を受光する第１受光部であり、受光部２１Ｒ〜２３ＲはＤＶＤからの反射光を受光する第２受光部であり、受光部３１Ｒ〜３３ＲはＣＤからの反射光を受光する第３受光部である。受光部１２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ１ｅ、１ｃ、１ｆ、１ｄとする。又受光部１２Ｒの両側の受光部１１Ｒ、１３Ｒは、分割されておらず、その受光量に応じた信号をそれぞれ１ｂ及び１ａとする。受光部２２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ２ｅ、２ｃ、２ｆ、２ｄとする。又受光部２２Ｒの両側の受光部２１Ｒ、２３Ｒは、分割されておらず、その受光量に応じた信号をそれぞれ２ｂ及び２ａとする。更に受光部３２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に応じた信号をそれぞれ３ｅ、３ｃ、３ｆ、３ｄとする。又受光部３２Ｒの両側の受光部３１Ｒ、３３Ｒは、分割されておらず、その受光量に応じた信号をそれぞれ３ｂ及び３ａとする。

次に光ピックアップ装置ＰＵ４の動作について説明する。第１半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、実線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ０．１ｍｍの保護基板を介して、ＢＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＢＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部１１Ｒ〜１３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＢＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（１ｃ＋１ｆ）−（１ｅ＋１ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボは３ビーム法を用いることとする。３ビーム法において、ＴＥ信号は、（１ａ−１ｂ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（１ａ＋１ｂ＋１ｃ＋１ｄ＋１ｅ＋１ｆ）で表される。

次に、第２半導体レーザＬＤ２から射出された第２光束（λ２＝６５５ｎｍ）の発散光束は、一点鎖線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ０．６ｍｍの保護基板を介して、ＤＶＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＤＶＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部２１Ｒ〜２３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＤＶＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（２ｃ＋２ｆ）−（２ｅ＋２ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボは３ビーム法を用いることとする。３ビーム法において、ＴＥ信号は、（２ａ−２ｂ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（２ａ＋２ｂ＋２ｃ＋２ｄ＋２ｅ＋２ｆ）で表される。

次に、第３半導体レーザＬＤ３から射出された第３光束（λ３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、点線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過し、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ１．２ｍｍの保護基板を介して、ＣＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。

ＣＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部３１Ｒ〜３３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＣＤに記録された情報を読み取ることができる。

より具体的には、ＣＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（３ｃ＋３ｆ）−（３ｅ＋３ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。

一方、トラッキングサーボは３ビーム法を用いることとする。３ビーム法において、ＴＥ信号は、（３ａ−３ｂ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（３ａ＋３ｂ＋３ｃ＋３ｄ＋３ｅ＋３ｆ）で表される。

（実施例１）
以下、上述した実施の形態に用いることができる実施例について説明する。表１に実施例１のデータを示す。実施例１の回折素子は、図６に示すように、ストレートな４段の階段状回折構造を平行平板に輪帯状に形成したものである。図６において、階段状回折構造に入射した入射光に対して同方向に出射する光束を０次回折光としたときに、この０次回折光に対して、階段状回折構造の段差がシフトしてゆく方向（図６で右側）に曲げられた出射光束を正の（＋）次数回折光とし、逆側（図６で左側）に曲げられた出射光束を負の（−）次数回折光とする。ここで、１段の光軸方向段差量Ｄは、Ｎ１を素材の屈折率とし、Ｎ２を空気の屈折率としたときに、Ｄ＝ｄｏｒ×λ１（Ｎ１−Ｎ２）で表される。但しｄｏｒ＝８．２５とした。横方向のピッチは所望する出射角に応じて任意に変更できる。かかる実施例によれば、波長λ１の光束が入射した場合、１次回折光が最も強度が高くなるので、これを光検出器の第１受光部に入射させれば良く、また波長λ２，λ３の光束が入射した場合、０次回折光が最も強度が高くなるので、これを第２受光部及び第３受光部に入射させれば良い。

（実施例２）
表２に実施例２のデータを示す。実施例２の回折素子は、図１２に示す光ピックアップ装置ＰＵ４で用いることが出来、ストレートな４段の階段状回折構造を平行平板に輪帯状に形成したものであり、回折構造の形状は実施例１と同じである。ここで、１段の光軸方向段差量Ｄは、Ｎ１を素材の屈折率とし、Ｎ２を空気の屈折率としたときに、Ｄ＝ｄｏｒ×λ１（Ｎ１−Ｎ２）で表される。但しｄｏｒ＝８．３５とした。横方向のピッチは所望する出射角に応じて任意に変更できる。かかる実施例によれば、波長λ１の光束が回折素子に入射した場合に発生する±２次回折光の一方か、或いは＋１次回折光及び−２次回折光の一方を光検出器の第１受光部に入射させれば良く、また波長λ２，λ３の光束が入射した場合、０次回折光を第２受光部及び第３受光部に入射させれば良い。

ＣＯＬ コリメートレンズ
ＤＥ 回折素子
ＧＲＴ グレーティング
ＬＤ１ 第１半導体レーザ
ＬＤ２ 第２半導体レーザ
ＬＤ３ 第３半導体レーザ
ＬＤＰ 光源ユニット
ＯＢＪ 対物レンズ
ＰＢＳ 偏光ビームスプリッタ
ＰＤ 光検出器
ＰＵ１〜４ 光ピックアップ装置
ＲＩＥ 回折素子
ＱＷＰ λ／４波長板
ＳＮ センサレンズ

Claims (12)

1. 波長λ１の第１光束を出射する第１発光部と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２発光部と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３発光部とがユニット化された光源と、対物レンズと、光検出器とを有し、前記第１発光部からの光束を、前記対物レンズにより第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２発光部からの光束を、前記対物レンズにより第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３発光部からの光束を、前記対物レンズにより第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、
   前記光源は、前記第１発光部が、前記第２発光部及び前記第３発光部に対して光軸方向に位置をずらせて配置され、
   前記光検出器は、第１受光部と、第２受光部と、第３受光部とを有し、
   前記光源と前記光検出器との間の光路内に、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子が配置されており、
   前記回折素子は回折構造を有し、前記回折構造の回折作用により、前記第１光束が入射したときには発散角又は収束角を変更した前記第１光束が前記第１受光部に導かれ、前記第２光束及び前記第３光束が入射したときには発散角又は収束角を変更しない前記第２光束および前記第３光束が前記第２受光部および前記第３受光部にそれぞれ導かれることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記光源は、前記第２発光部と前記第３発光部が同一のチップ上に形成され、前記第１発光部が、前記第２発光部及び前記第３発光部とは異なるチップ上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
3. 前記回折構造に前記第１光束が入射したときに、前記回折構造から出射するｎ（ｎはゼロでない整数）次回折光が前記第１受光部に入射して、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記光ディスクからの反射光と前記光源から出射した光束とを分離するための光束分離素子を有し、前記回折素子が、前記光束分離素子と前記光検出器との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
5. 前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために用いられる前記第１光束が入射したときには発散角を増大させ又は収束角を減少させるが、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために用いられる前記第２光束及び前記第３光束が入射したときには発散角又は収束角を変更しない選択的発散角増大素子が、前記回折素子と前記光束分離素子との間に配置され、前記回折素子と前記選択的発散角増大素子の少なくとも一方が光軸方向に変位可能となっていることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置。
6. 前記回折素子が、前記光源から前記対物レンズまでの光路中に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
7. 前記回折構造に前記第１光束が入射したときに、前記回折構造から出射する＋ｎ（ｎは自然数）次回折光及び−ｎ’（ｎ’は自然数）次回折光のうち一方が前記第１受光部に入射して、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
8. 波長λ１の第１光束を出射する第１発光部と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２発光部と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３発光部とがユニット化された光源と、対物レンズと、光検出器とを有し、前記第１発光部からの光束を、前記対物レンズにより第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２発光部からの光束を、前記対物レンズにより第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３発光部からの光束を、前記対物レンズにより第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、
   前記光源は、前記第１発光部が、前記第２発光部及び前記第３発光部に対して光軸方向に位置をずらせて配置され、
   前記光ディスクからの反射光と前記光源から出射した光束とを分離するための光束分離素子を有し、前記光束分離素子と前記光検出器との間の光路内に、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子が配置されており、
   前記光検出器は、第１ａ受光部と第１ｂ受光部と、第２受光部と、第３受光部とを有し、
   前記回折素子は回折構造を有し、前記回折構造の回折作用により、前記第１光束が入射したときには第１ａ光束と第１ｂ光束を分岐させ、更に入射した前記第１光束の発散角又は収束角に対して前記第１ａ光束の発散角を増大させ又は収束角を減少させるが、前記第１ｂ光束の発散角を減少させ又は収束角を増大させ、前記回折構造を通過して発散角を増大させ又は収束角を減少させた前記第１ａ光束が前記第１ａ受光部に導かれるか或いは前記回折構造を通過して発散角を減少させ又は収束角を増大させた前記第１ｂ光束が前記第１ｂ受光部に導かれる一方で、前記第２光束及び前記第３光束が入射したときには光束を分岐させず且つ発散角又は収束角を変更せず、前記回折構造を通過して発散角又は収束角を変更しない前記第２光束および前記第３光束が前記第２受光部および前記第３受光部にそれぞれ導かれることを特徴とする光ピックアップ装置。
9. 前記光源は、前記第２発光部と前記第３発光部が同一のチップ上に形成され、前記第１発光部が、前記第２発光部及び前記第３発光部とは異なるチップ上に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の光ピックアップ装置。
10. 前記回折素子に前記第２光束及び前記第３光束が入射したときに、回折作用が与えられない光束が前記第２受光部及び前記第３受光部にそれぞれ入射して、前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために用いられることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
11. 前記回折素子に前記第２光束及び前記第３光束が入射したときに、それぞれ０次回折光が最大の回折効率を発揮することを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
12. 以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
    ３９５（ｎｍ）≦λ１≦４１５（ｎｍ） （１）
    ６３０（ｎｍ）≦λ２≦７００（ｎｍ） （２）
    ７５０（ｎｍ）≦λ３≦８５０（ｎｍ） （３）